噴霧干燥塔自動控制系統(tǒng)分析

采用噴霧干燥技術(shù)和設(shè)備制備混合料是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的主要手段，噴霧干燥裝備的技術(shù)性能，自動化程度決定了硬質(zhì)合金混合料產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。我公司共有3臺噴霧干燥塔，其中從國外進(jìn)口的HC-300噴霧干燥塔，與另外2臺有著不同的自動控制系統(tǒng)組成，不同的控制方式，無論在設(shè)備的性能、效率還是自動化程度上都達(dá)到了該領(lǐng)域的一流水平，在混合料制備工藝中發(fā)揮了很大作用。

設(shè)備及工藝流程LPG-300噴霧干燥塔其主體由一臺7米高的噴霧塔，2臺可移動混合攪拌槽，1臺油氣交換器，1臺旋風(fēng)分離器，1臺除塵器/冷凝器等組成；輔助設(shè)備有氮氣供給系統(tǒng)、油加熱系統(tǒng)、制冷機(jī)組，它們各自形成循環(huán)回路。

噴霧干燥工藝過程為：濕磨后的料漿在混合攪拌槽不停的攪拌均勻，經(jīng)過隔膜泵加壓將料漿從雙噴嘴中噴出并在噴霧塔中形成霧狀，與己調(diào)節(jié)好溫度自上而下的氣體（N2）進(jìn)行逆流千燥，己烷被蒸發(fā)、干燥好的料粒產(chǎn)品從塔底放出，經(jīng)過振動式粉冷器冷卻后裝入料桶，準(zhǔn)備進(jìn)入下到工序。干燥用循環(huán)氣體（N2）不斷地經(jīng)過除塵器/冷凝器回收濕磨介質(zhì)（己烷），所獲純凈氣體經(jīng)過油氣交換器重新加熱至工作溫度再次送入干燥塔，形成循環(huán)用氣體。

工藝過程示意圖見：三、控制技術(shù)方案噴霧干燥制備混合料過程是一個批量順序操作的生產(chǎn)過程，控制參數(shù)有模擬量和開關(guān)量。

模擬量主要用于溫度、流量、壓力、液位的檢測和控制，實現(xiàn)工藝規(guī)定參數(shù)的跟蹤；開關(guān)量回路較多，操作次數(shù)頻繁，主要用于生產(chǎn)設(shè)備的啟動或停止、安全聯(lián)鎖及報警、故障檢測診斷等。

混合攪拌槽料漿攪拌徼控制轉(zhuǎn)速控制是根據(jù)攪拌槽的重量來實現(xiàn)自動調(diào)整攪拌速度的，隨著料漿連續(xù)不斷地在干燥塔內(nèi)噴出干燥，槽內(nèi)的料漿重量逐漸減輕，其攪拌速度也隨著變緩，料漿重量和轉(zhuǎn)速的起始油油加熱器油氣交換器旋風(fēng)收塵器淋洗冷凝塔制冷機(jī)組己烷冷凍水工藝流程示意圖對應(yīng)值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等都可以通過操作站上的菜單進(jìn)行編輯、修改、存儲、調(diào)用：1、攪拌槽的選擇，啟動/停止都可以通過點擊鼠標(biāo)實現(xiàn)。

釀控制系統(tǒng)有4個主要溫度控制點，包括干燥塔進(jìn)出口溫度（DEI、DE5），除塵器/冷凝器出口溫度（DE45），油加熱出口溫度（FE5）。其中DE5是噴霧干燥的最關(guān)鍵參數(shù)，它與進(jìn)口溫度DE1組成串級控制方式，通過軟件塊調(diào)用并選擇合適的PID參數(shù)，實現(xiàn)DE5溫度的穩(wěn)定控制，并達(dá)到0.3C控制精度要求。各控制回路的溫度設(shè)定值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)可以在操作站上的菜單中進(jìn)行編輯、修改、存儲、調(diào)用。

制粒輸送攪拌槽的料漿是通過隔膜泵輸送到干燥它進(jìn)行干燥制粒的，只有泵的出口壓力（大約9MPa）正常及泵的運行速度整定適宜，才能正常輸送料漿并保證噴料時間。

干燥塔出口溫度控制原理框圖（四）油加熱油作為噴霧干燥加熱載體，對工藝氣體（N2）進(jìn)行加熱。只有在油加熱器中將油加熱到某一溫度時，才能啟動系統(tǒng)并通過FV2閥輸送到氣油交換器，進(jìn)行系統(tǒng)加熱。

系統(tǒng)加熱主要是對工藝氣體（N2）加熱，只有在系統(tǒng)壓力（DE4）及含氧量達(dá)到某一允許范圍內(nèi)，才能啟動熱油加熱器，開始對工藝氣體進(jìn)行加熱，大約從20C加熱到8（T10（TC.這時，除塵器、排風(fēng)機(jī)等啟動，隊進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。

安全報警聯(lián)鎖由于系統(tǒng)中存在己，因此安全聯(lián)鎖及報警、故障診斷是控制系統(tǒng)必須涉及的。系統(tǒng)的2含量既是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，同時對噴霧干燥制粒過程的設(shè)備、人身安全起到重要作用，只有其數(shù)值控制在允許范圍內(nèi)，制粒過程才能正常進(jìn)行；否則將無法進(jìn)入制粒程序或?qū)⒅袛嗾谶M(jìn)行的制粒過程、或停止所有運行的設(shè)備，保證安全。

除塵器/冷凝器出口溫度（HE1）也必須控制在允許的范圍，才能進(jìn)行正常的噴霧干燥制粒；否則將自鎖己烷循環(huán)泵（HP1），停止噴料泵（BP1），中斷正在進(jìn)行的制粒過程。

系統(tǒng)構(gòu)成及功能（-）硬件組成HC-300噴霧干燥設(shè)備采用的是以SIMATIC控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的全分布式控制系統(tǒng)，由計算機(jī)和可編程邏輯控制器（PLC）、現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。系統(tǒng)構(gòu)成如下：現(xiàn)場級由溫度、壓力、流量、液位、重量等傳感器，各類泵、風(fēng)機(jī)、電磁閥等設(shè)備或執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。它們將模擬量和開關(guān)量信號傳輸?shù)紼T200S的I/O模塊，或接受來自PLC的程序指令，到達(dá)檢測、控制目的。

S7-400，并通過ET200S將現(xiàn)場I/O點通過PR0FIBUSDP連接到PLC控制主機(jī)，系統(tǒng)配備有2個通訊接口和1個Ethernet模塊，分別與ET200S、操作員站（PC）和工廠以太網(wǎng)通訊。該站主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理，用戶程序和上位機(jī)操作指令的執(zhí)行，完成對噴霧干燥設(shè)備全部運行操作控制。系統(tǒng)的硬件配置為：：中央處理單元C0U1快：S7-414-2DP通訊模板1塊：CPU443-電源模板1塊ET200SI/O系統(tǒng)3套：包括2路模擬量輸入板12塊2路模擬量輸出板5塊4路數(shù)字量輸入板27塊4路數(shù)字量輸出板10塊電源模板5塊整個系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入輸出148點，模擬量輸入輸出34點。

監(jiān)視操作管理級采用性能超群的IBM公司計算機(jī)作為管理和操作上位機(jī)，它是整個噴霧干燥制粒程控的核心，系統(tǒng)所有被控設(shè)備的啟停均由主控機(jī)發(fā)出指令，PLC控制站執(zhí)行?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集、管理，異常情況的報警都由該站完成。另外，還配備有打印機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)報表的輸出。操作室還配備電視監(jiān)控器觀察噴霧干燥制粒的噴料過程。監(jiān)視操作管理站可以完成以下功能：工藝流程畫面顯示生產(chǎn)過程控制畫面運行參數(shù)和設(shè)備運行狀況顯示主要參數(shù)的歷史趨勢報表生成和打印系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見：（二）軟件組成系統(tǒng)軟件是實現(xiàn)控制功能的關(guān)鍵，本系統(tǒng)軟件是由上位機(jī)軟件和PLC控制站軟件兩部分組成：1.上位機(jī)軟件上位機(jī)軟件采用基于NT技術(shù)構(gòu)建的Win 2000professional為操作系統(tǒng)，采用SIMATICNETNetworking提供網(wǎng)絡(luò)通訊平臺，采用MicrosoftSQLserver2000和IndustrialSQLserver作為采集、管理實時數(shù)據(jù)及跟蹤歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫平臺。

現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場斤關(guān)量現(xiàn)場模擬量閥位信號系統(tǒng)硬件粗成圖軟件設(shè)計為故障診斷報警中斷優(yōu)先，無論在什么狀態(tài)，都會在CRT屏上顯示報警點或中斷制粒過程，同時聲光報警。上位機(jī)監(jiān)控畫面采用Intouch組態(tài)軟件設(shè)計，分別設(shè)計有噴霧干燥、攪拌槽、油加熱系統(tǒng)，冷凝機(jī)組、己烷回收、設(shè)備清洗等流程畫面以及相應(yīng)的運行狀態(tài)、實時參數(shù)顯示和生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)定，同時還設(shè)置了一些操作提示（啟動、預(yù)啟動、手動、清洗）、報警和確認(rèn)、緊急停止等按鈕。系統(tǒng)還設(shè)計有按授權(quán)級別對工藝菜單、重要參數(shù)可以編制、設(shè)定、修改或只能調(diào)用功能，每一次操作均可進(jìn)行自動存儲、記錄。

控制站軟件STEP7軟件編制實現(xiàn)。本系統(tǒng)程序采用“結(jié)構(gòu)化程序”方式設(shè)計，由B、FB、FC、DB建立起自己的程序，程序的結(jié)構(gòu)清楚，修改方便容易；可以在PC機(jī)上或通過電話網(wǎng)進(jìn)行程序修改和遠(yuǎn)程故障診斷。其中對各點溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等的閉環(huán)控制是利用模擬量I/O接口硬件和通過STEP7編程軟件中帶的PID控制功能塊FB實現(xiàn)的。主要的控制程序有：混合攪拌槽工作運行程序清洗操作程序噴霧干燥設(shè)備順序啟動/停止程序故障診斷和報警程序噴霧干燥設(shè)備順序控制流程見：五、結(jié)論噴霧干燥塔及自動化控制系統(tǒng)自2003年投入使用己近兩年，正常運行證明：整個系統(tǒng)設(shè)計合理先進(jìn)，操作簡便，可靠性高，完全符合生產(chǎn)工藝和設(shè)備的要求。特別是自動控制中采用了SIEMENS公司最新一代ET200S分布式I/O系統(tǒng)，由于它的模塊化設(shè)計，自帶快速故障診斷信息顯示，和PROFIBUS現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有組態(tài)、擴(kuò)展修改更加容易，安裝簡便、靈活，運行費用低等優(yōu)點。上位機(jī)友好的人機(jī)界面，模擬化儀表顯示、設(shè)定，調(diào)節(jié)閥、電磁閥等運行狀態(tài)、位置反饋都可在CRT上清楚地顯示、觀察和了解到。此外，由于生產(chǎn)現(xiàn)場是危險場所，取消了現(xiàn)場的電氣儀表操作盤柜，對設(shè)備的操作和控制全部集中在操作室的CRT上，通過點擊鼠標(biāo)實現(xiàn)手/自動操作任意選擇、設(shè)備的啟動/停止、控制程序的調(diào)用，使整個生產(chǎn)更加安全、操作更加簡潔方便。